钻孔灌注桩桩端桩侧后压浆技术与应用

王春江

1 工程概况

1.1 工程简介

长江水利委员会长江防汛科技大楼主楼16层,附楼3层,地上总高度为 64.8 m,基础埋深 4.5 m,框剪结构,中柱荷重9 000 kN,边柱荷重6 500 kN,柱网尺寸7 m×8 m,采用钢筋混凝土灌注桩基础。本工程重要性等级二级,地基等级二级,建筑结构安全等级为二级。

1.2 工程水文地质概况

场地第四系全新统冲积层(Qal4)具有典型的二元结构,上部为厚约17 m的黏性土,由黏土、粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉土夹粉砂组成,下部为砂性土层,由粉砂、粉细砂,细中砂及砾卵石组成,厚度近30 m,并具随深度增加颗粒由细渐粗渐密实的特点。

根据场地地层岩性,物理力学性质,自上而下依次分为五大层(十二个亚层):第①层为杂填土;第②层由黄褐色的粉土、粉质黏土、黏土组成,夹淤泥质黏土和粉砂薄层,分五个亚层;第③层由灰褐色、青灰色粉土粉质黏土、粉砂互层状组成,局部含淤泥质,分三个亚层;第④层由粉砂、粉细砂、细中砂及砾卵石组成,分四个亚层,较密实,深度30 m左右,有一定持力能力;第⑤层由砾岩组成,覆盖层平面展布较为稳定,中部粉砂、细砂、细中砂层平面分布及岩性都较稳定,该层顶板埋深45 m左右。

1.3 桩基设计

桩基采用钢筋混凝土灌注桩,混凝土强度等级为C30,因建筑物荷载大,灌注桩直径为600 mm,以第④层含砾中细砂为桩基持力层,有效桩长33 m,桩端进入持力层3 m,单桩竖向承载力特征值不小于5 500 kN。施工时采用后压浆工艺进行加固处理,混凝土灌注的充盈系数不小于1.05。

2 后压浆施工技术方案

2.1 后压浆施工工艺流程

后压浆施工工艺流程见图1。

2.2 后压浆主要设备

水泥浆搅拌桶、BW-250注浆泵、高压注浆管及附件、注浆阀储浆罐、压浆开关及排气阀、桩端压浆阀等。

2.3 单桩压浆参数

1)压浆压力:一般情况桩端终止压力为1.5 MPa～2 MPa,桩侧终止压力为1.0 MPa～1.5 MPa,公司施工的几项工程桩端压力为1.9 MPa～2.0 MPa。

2)压浆量:水泥及掺剂1 800 kg～2 500 kg(桩侧+桩端),水泥浆水灰比0.5～0.6,比重约1.6,UEA-T膨胀剂掺量为水泥掺量的5%,减水剂掺量为水泥掺量的0.25%。

3)压浆时间:桩体混凝土浇灌3 d～10 d后即可进行桩侧、桩端压浆,压浆顺序先桩侧后桩端。正常桩侧压浆完毕后停置12 h,再进行桩端压浆。

4)终压标准:a.由压浆量、压力以及地面是否返浆情况来综合控制。b.注浆压力达 3 MPa以上,并持续5 min以上。c.注浆总量达设计要求的70%,且桩顶或地面流浆。d.当出现注浆压力长时间低于0.4 MPa,注浆总量低于700 kg,即出现冒浆或周围孔窜浆时,应改为间歇压浆,间歇时间为30 min～180 min,宜压入清水清洗管阀。

2.4 后压浆技术施工方法

2.4.1 后压浆管路安装

1)压浆导管采用内径不小于25 mm的钢管,其壁厚2.5 mm～3 mm,桩侧压浆导管内径为18.5 mm～25 mm,壁厚同桩端。

2)管路连接方法是螺纹管箍,钢管套丝,用生胶带连接,每节连接长度同钢筋笼长度,每节钢管需注水试验,以不漏水为标准,然后将压浆导管用12号～14号铅丝每隔2 m绑扎在钢筋笼的主筋外侧,桩端压力阀超出钢筋笼0.3 m,导管上部超出桩顶,但露出孔口不宜过长,并不得高出地面,以免施工碰坏。压浆管上口使用堵头拧紧,确保压浆道路畅通。

2.4.2 后压浆压浆工序

按设计水灰比搅拌水泥浆并加入适量外掺剂→水泥浆经过滤至储浆罐,准备灌浆→将泵浆管活接头与桩身压浆管连接→打开排气阀并开泵放气→关闭排气阀压浆,终止标准由压浆量、压力以及地面是否返浆情况来综合控制。终止压浆时关闭止浆阀静置5 min～10 min再拆卸管件,压浆管头用堵头再次堵上。

2.4.3 钻孔灌注桩后压浆

灌注桩浇灌完毕后3 d～7 d或混凝土强度达75%,可进行后压浆施工,在压浆前必须对压浆设备和压浆管路进行检查,使用清水注入管路,检查压浆导管是否畅通。

压浆施工时,严格按前面所写技术参数执行,每根桩压浆必须一次完成,桩侧注浆完毕后12 h,可进行桩端压浆施工。

2.4.4 桩基后压浆质量保证措施

1)根据设计图在钢筋笼制作和下笼时安装压浆管。钢筋笼吊放不得弯曲,并保证压浆阀完好无损,钢筋笼下放孔底后不得悬吊、墩放、强行扭转、冲撞;2)成孔时孔的倾斜度小于1%,孔深大于设计值不超过100 mm,严禁超深钻进,使压浆阀直达孔底。混凝土灌注应连续,防止断桩和缩颈;3)压浆管连接时要保证其密封性,管口用堵丝并缠生胶带拧紧,防止泥浆进入管中造成堵塞;孔口位置应保证桩侧压浆阀顺利通过孔口护筒;4)在下导管及灌注混凝土等施工过程中采取措施加强对压浆管的保护,防止受到施工机具的碰撞而损坏;5)混凝土灌注过程中应防止导灰管拉挂钢筋笼,防止钢筋笼上浮;6)压浆施工中掌握整体先外后内、局部先上后下的原则;7)水泥及掺料应进行多次过滤,防止压浆过程中堵塞压浆管;8)压浆泵及高压管路使用完毕或停用3 h以上,应进行清洗,压浆泵应专人操作;9)由于压浆设备在高压力下工作,操作人员应戴安全帽,做好安全防护。

3 压桩试验与成果分析

1号试桩:总加荷量为8 000 kN,沉降累计为12.08 mm,未出现任何破坏特征,其Q—s曲线形态表现为缓变形,即该桩属于端承摩擦桩。荷载在6 000 kN以前,各级荷载下的沉降增量基本一致,6 000 kN以后沉降增量明显;当荷载为8 000 kN时,沉降增量接近上一级荷载的两倍。从s—lgQ曲线形态看,荷载为8 000 kN时,曲线已出现陡降的趋势,可将最终荷载8 000 kN作为1号桩的极限荷载,即 Qu1=8 000 kN。

2号试桩:总加荷量亦为8 000 kN,沉降量累计值为9.52 mm,也未出现任何破坏特征,其 Q—s和s—lg Q曲线形态与1号桩相似,其极限承载力Qu2=8 000 kN。

3号试桩:总加荷量同1号、2号桩,沉降量累计值为10.75 mm,也未出现任何破坏特征,其 Q—s和s—lgQ曲线形态与1号、2号桩相似,其极限承载力 Qu3=8 000 kN。经对1号、2号、3号三根试桩的极限承载力计算,Qum=8 000 kN;α1=α2=α3=1.0,其标准差 Sn=0＜0.15,故 Quk=Qum=8 000 kN,即单桩竖向极限承载力标准值为8 000 kN。

根据岩土工程勘察报告资料,按照JGJ 94-94规范的相关表格取值,该部分桩侧摩阻力可取 Qsk= μ∑qsikli=0.8π(20×3.1+40×1.8)≈337 kN。因此,建议取单桩竖向极限承载力标准值为8 000-337=7 663 kN。

4 结语

在砂砾石土层基础采用钢筋混凝土灌注桩时,选用较密实的地层为持力层可以适当减短桩长,降低造价。成桩后进行桩端桩侧后压浆(对于群桩侧压浆部位要注意受力的对称性)技术,由于改善了桩端基层及侧压浆影响区的围土承载能力,有效提高了单桩的承载力,本文φ 600灌注桩试验成果表明提高承载力大于30%,是值得推行和进一步研究的方法。

[1] 叶 峰,陈帝江,刘小飞.关于桩端注浆提高桩基承载力试 验效果的研究[J].山西建筑,2008,34(23):130-131.